纺织机械专业开放式虚拟仿真实验教学管理平台建设

纺织机械专业开放式虚拟仿真实验教学管理平台建设

吴新丽，杨金林，马善红，潘翔伟

浙江理工大学纺织装备国家级虚拟仿真实验教学中心

摘要：为贯彻国家政策精神，推动高校积极探索线上线下教学相结合的个性化、智能化、泛在化实验教学新模式，形成专业布局合理、教学效果优良的高等教育信息化实验教学项目示范新体系。本文进行纺织机械专业开放式虚拟仿真实验教学管理平台研究建设工作，将多个纺机类虚拟实验项目集成到该平台，提升了实验教学管理水平。

关键字：纺织机械、开放式、虚拟仿真、实验教学

中图分类号：

一、引言

根据纺织类人才培养所需要的完整知识链及我校的特点，目前我校纺织装备国家级虚拟仿真中心坚持“虚实结合、相互补充、能实不虚”的虚拟仿真与传统实践教学相结合的理念，分模块整合优质教学资源，以培养学生创新精神和实践能力为核心创建的实验教学体系，突破了传统纺织装备教学中的重点、难点问题，提倡绿色教学，减少浪费，提高教学时效。

“中心”根据纺织装备类人才培养所需要的完整知识链及我校的特点，继续按照“机械机构——控制分析——性能测试”进行建设，2018-2022年建成和实施三个方向，如图3所示，共计18个纺织机械虚拟仿真实验教学项目，见表1所示，其中获批国家级虚拟仿真实验教学项目1项，获批3项省级虚拟仿真实验教学项目。

表1 纺织装备方向已建设的实验教学项目

但在虚拟仿真实验教学资源的建设与应用上，目前我校面临的问题主要有以下这些方面：

1. 资源管理：学院独立负责，资源分散

已建设的实验教学资源分散在学院的各个负责人手中，且有单机版、网页版等，既没有统一集成也没有统一部署。没有提前采用管理平台进行技术制约和规范，因此合作的各个开发厂商开发的项目不在同一标准框架下，开发的项目五花八门，在后续管理中难以统一[3]。

2. 成果展示：信息分散，缺乏对外展示

    对于学院、项目负责人来说，建设的成果和成效没有地方可以体现，因此难以产生更多的影响和反馈，不利于资源的建设、应用和改进。

3. 教学应用：建设与应用脱节，未真正落地应用

绝大多数实验资源在被建成后，没有投入教学使用，建成及结束，未能达到资源建设的真正目的，在建设与应用的路上只走到了开端[4]。

二、开放式虚拟仿真实验教学管理平台总体设计

2.1 平台建设目标

1. 中心建设：利用信息技术，提升实验教学水平

利用开放式虚拟仿真实验教学管理平台软件，将实验教学的管理流程线上化；加强高等学院虚拟仿真实训教学环境建设，服务信息化教学需要；加强学生实践能力和创新精神培养，提高学院才培养质量，推进实验教学内容、方法、手段、队伍、管理及实验教学模式的改革与创新，探讨新形势下的实验教学的新思路、新模式。

2. 资源管理：资源整合，集中统筹，全学科覆盖

由学院统筹，采用管理平台的统一接口和集成方式，满足《信息技术学习、教育和培训虚拟实验教学指导接口规范》国家标准，以平台作为载体有序整合整个学院、各个学科、各个厂家、各个类型的实验资源，并对接留存实验资源传输的数据。

3. 教学应用：鼓励教学，落地应用，以教促建

    通过管理平台整合实验资源后，从学院自上而下的鼓励和激励教学，制定相关制度规范，将实验教学纳入教学体系中，让已建资源真正在教学当中用起来，持续利用，持续培养人才，持续释放能量。

2.2 平台运行环境

考虑到后期要将平台托管至学校网络中心，平台需准备2台虚拟主机，数据库服务器和应用服务器分别部署，软硬件配置要求如下：

2.3 平台功能

2.2.1资源整合

院级管理平台提供统一的虚拟仿真实验资源对接接口，供全学院的各类虚拟仿真实验资源进行无缝集成。此外，平台还具有“教”、“学”、“练”、 “考”、“管”、“评”等功能，学生可通过云平台进行 虚拟仿真实验的预约、练习及考核、提交实验报告等操作，如图 7 所示。

图1 开放式虚拟仿真实验教学管理平台首页

2.2.3开放共享

针对目前学院开发的18项目纺织机械类虚拟仿真实验教学项目，均为客户端版本实验项目，在集成完成对接后，支持实验自启动的打开方式。教师通过平台下载客户端实验，在本地安装后，返回平台，点击“启动实验”，即可虚拟仿真实验进行使用，避免实验二次登录。

在纺织装备虚拟仿真课程中添加了18款软件，每款软件中都可以放理论资源、视频资源、虚拟仿真软件，可以通过考试等内容。云平台起到两个作用：身份认证的作用（班里合法用户，即可以任何时间、任何地点都能使用虚拟仿真软件）、虚拟实训痕迹（学生无论什么时候用，什么地方用，虚拟实训的成绩与过程数据都有记录）

图2 虚拟仿真实验在云平台上的应用

平台提供管理端的实验维护，开放设置，实验批改，评价管理等功能，同时支持兄弟院校，社会人员等校外团体/个人使用上述虚拟仿真实验，并可统计其校内外使用学校院资源的数量、平台访问数据、资源使用数据，留言评价管理、统计资源评分、查看资源评分排行、用户/注册管理、账户管理，构建更加深入和完整的开放共享体系。

图3 开放共享模块

2.2.3 数据统计分析

系统针对不同角色所关注的信息进行了统计，对于虚拟仿真资源的资源建设、实验教学、项目申报等，系统可实现对平台运行数据全方位的监控，包括用户访问情况、平台使用情况、虚拟仿真资源使用情况、学习资料统计、实验项目运行开展情况、学生成绩统计、运行数据、使用记录、操作记录等多维度进行数据可视化展示，学院管理人员可通过数据统计随时了解平台运行情况以及虚拟仿真实验应用情况。

图4 后台管理系统

2.3 平台特色

2.3.1 系统安全防护

在应用层面采用一整套完善的授权体系，通过对用户、角色设置相应的权限来保证业务系统操作的安全性，控制不同的登录用户权限，实现系统的操作安全性；在数据层面上充分利用数据库的安全机制，在数据库备份、数据库恢复方面支持包括数据库日志备份、事务备份、数据库自动备份、异地备份、灾难恢复等多种方法；在数据传输层面采用重要数据加密处理，防止重要数据被攻击者盗取，针对使用过程中的数据传输采用XSS过滤及敏感词汇监测，防止恶意数据的提交造成系统故障；系统层面的安全特性通过对用户操作日志的监控和系统错误日志捕获分析提供日志分析。

2.3.2 上下游系统对接

1）与教务系统对接：针对实验课程数据、组织结构信息、用户信息等相关数据，院级管理平台支持与校方教务系统进行数据信息同步，保障实验课程下的仿真实验情况能够做到信息共享与互通。

2）与统一身份认证系统对接：为了保障全校用户登录的统一性及安全性，院级管理平台支持与统一身份认证平台对接，确保用户的统一登录入口。

三、 平台建设成效

1）项目所构建的虚拟仿真实验云平台可以为学生提供一个多元化、开放式的实践平台，突破时间和空间上的限制，尤其是针对当前疫情下的实践教学特殊情况，学生不再局限于只能到真实实验室才能开展实验；

2）项目所构建的虚拟仿真实验云平台可应用于实验教学，可以达到培养优秀人才，推动学风建设和校园文化建设的目标，从而实现教育教学深层次的改革。

3）项目主要实施范围为机械学院机械类专业，受益学生为9个班，共计300人/学年左右。

四.结束语

本文提出了建设纺织机械类开放式虚拟仿真教学管理平台，将目前学院分类的18项客户端虚拟仿真实验教学项目都集成到该平台进行统一管理，形成开放式的统一教学管理平台。通过平台提供的相关教学工具功能，帮助教师减轻工作量，同时可以通过灵活安排设置实现个性化教学设计和良好的师生交流。

参考文献：

[1] 赵磊,张荣华,陈贵翠,等.纺织服装专业虚拟仿真实训云平台的建设[J].纺织服装教育, 2018, 33(2):4-8.

[2] 杨建成 , 杨涛 , 赵永立 , 等 . 机械基础及纺织装备设计虚拟仿真实验中心建设 [J]. 实验室科学 ,2017,20(04):183-186.

[3]张立峰,陈贵翠,姜为青,等.基于纺织专业虚拟仿真实训基地的教学资源开发研究[J].警戒线, 2022(3):94-96.

[4] 教育部高教司 . 关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设 工 作 的 通 知 [EB/OL].[2013-08-13].http: / /old． moe． gov.cn / publicfiles / business /htmlfiles /moe /s7946 /201308 /156121.html.

[5] 胡今鸿，李鸿飞，黄涛．高校虚拟仿真实验教学资源开放共享机制探究 [J]. 实验室研究与探索，2015，34( 2) : 140-144，201.

[6] 高晓平，王子鹤．运用多媒体技术搞好“纺织机械”课程实验教学 [J]. 纺织服装教育，2012，27( 3) : 273-275.

[7]段丹萍,项朝阳,江雷,等.虚拟仿真实训教学平台的建设与实践[J].中国信息技术教育, 2021(23):3.

[8]孙鹏,孙舒乐,李冰.工程实训虚拟仿真平台实验实践教学资源建设路径的探索[J].中文科技期刊数据库(全文版)社会科学, 2022(11):3.

[1] 基金项目：浙江理工大学校级教改项目（zstujgjx202202）

作者简介：吴新丽（1987—），性别: 女，籍贯：浙江桐乡，职称：实验师，学位：硕士，研究方向：实验教学